Aplicarea câmpurilor magnetice în scopuri tehnologice

În scopuri tehnologice, câmpurile magnetice sunt utilizate în principal pentru:

• impact asupra metalului și a particulelor încărcate,

• magnetizarea apei și a soluțiilor apoase,

• impact asupra obiectelor biologice.

În primul caz camp magnetic este utilizat în separatoare pentru purificarea diferitelor medii alimentare de impurități metalice feromagnetice și în dispozitive pentru separarea particulelor încărcate.

În al doilea, cu scopul de a schimba proprietățile fizico-chimice ale apei.

În al treilea — pentru a controla procesele de natură biologică.

În separatoarele magnetice care utilizează sisteme magnetice, impuritățile feromagnetice (oțel, fontă etc.) sunt separate de masa vrac. Există separatoare cu magneți permanenți și electromagneți. Pentru a calcula forța de ridicare a magneților, se utilizează o formulă aproximativă cunoscută din cursul general de inginerie electrică.

unde Fm este forța de ridicare, N, S este secțiunea transversală a unui magnet permanent sau a circuitului magnetic al unui electromagnet, m2, V este inducția magnetică, T.

În funcție de valoarea necesară a forței de ridicare, valoarea necesară a inducției magnetice este determinată atunci când se folosește un electromagnet, forța de magnetizare (Iw):

unde I este curentul electromagnetului, A, w este numărul de spire ale bobinei electromagnetului, Rm este rezistența magnetică egală cu

aici lk este lungimea secțiunilor individuale ale circuitului magnetic cu o secțiune transversală și material constant, m, μk este permeabilitatea magnetică a secțiunilor corespunzătoare, H / m, Sk este secțiunea transversală a secțiunilor corespunzătoare, m2, S este secțiunea transversală a circuitului magnetic, m2, B este inducția, T.

Rezistența magnetică este constantă numai pentru secțiunile nemagnetice ale circuitului. Pentru secțiunile magnetice, valoarea RM se găsește folosind curbele de magnetizare, deoarece aici μ este o mărime variabilă.

Separatoare permanente de câmp magnetic

Cele mai simple și mai economice separatoare sunt cu magneți permanenți, deoarece nu necesită energie suplimentară pentru alimentarea bobinelor. Sunt folosite, de exemplu, în brutării pentru a curăța făina de impuritățile feroase. Forța totală de ridicare a magnetofonelor din aceste separatoare, de regulă, ar trebui să fie de cel puțin 120 N. Într-un câmp magnetic, făina trebuie să se miște într-un strat subțire, de aproximativ 6-8 mm grosime, cu o viteză de nu mai mult. peste 0,5 m/s.

Separatoarele cu magnet permanenți au și dezavantaje semnificative: forța lor de ridicare este mică și slăbește în timp din cauza îmbătrânirii magneților. Separatoarele cu electromagneți nu prezintă aceste dezavantaje, deoarece electromagneții instalați în ele sunt alimentați de curent continuu. Forța lor de ridicare este mult mai mare și poate fi reglată de curentul bobinei.

În fig. 1 prezintă o diagramă a unui separator electromagnetic pentru impurități în vrac.Materialul de separare este alimentat în buncărul de primire 1 și se deplasează de-a lungul transportorului 2 către tamburul de antrenare 3 din material nemagnetic (alama, etc.). Tamburul 3 se rotește în jurul unui electromagnet staționar DC 4.

Forța centrifugă aruncă materialul în orificiul de descărcare 5, iar fero-impuritățile sub acțiunea câmpului magnetic al electromagnetului 4 se „lipesc” de banda transportoare și se desprind de aceasta numai după ce părăsesc câmpul de acțiune al magneților. căderea în orificiul de descărcare a fero-impurităților 6. Cu cât stratul de produs de pe banda transportoare este mai subțire, cu atât separarea este mai bună.

Câmpurile magnetice pot fi utilizate pentru a separa particulele încărcate în sisteme dispersate.Această separare se bazează pe forțele Lorentz.

unde Fl este forța care acționează asupra unei particule încărcate, N, k este factorul de proporționalitate, q este sarcina particulei, C, v este viteza particulei, m / s, N este intensitatea câmpului magnetic, A / m, a este unghiul dintre vectorii câmp și viteză.

Particulele încărcate pozitiv și negativ, ionii sunt deviați în direcții opuse sub acțiunea forțelor Lorentz, în plus, particulele cu viteze diferite sunt, de asemenea, sortate într-un câmp magnetic în funcție de mărimile vitezelor lor.

Orez. 1. Schema unui separator electromagnetic pentru impurități în vrac

Dispozitive pentru magnetizarea apei

Numeroase studii efectuate în ultimii ani au arătat posibilitatea aplicării eficiente a epurării magnetice a sistemelor de apă — ape tehnice și naturale, soluții și suspensii.

În timpul tratării magnetice a sistemelor de apă, se întâmplă următoarele:

• accelerarea coagulării - aderența particulelor solide suspendate în apă,

• formarea și îmbunătățirea adsorbției,

• formarea de cristale de sare în timpul evaporării nu pe pereții vasului, ci în volum,

• accelerarea dizolvării solidelor,

• modificarea umectabilității suprafețelor solide,

• modificarea concentrației gazelor dizolvate.

Deoarece apa este un participant activ la toate procesele biologice și tehnologice, modificările proprietăților sale sub influența unui câmp magnetic sunt utilizate cu succes în tehnologia alimentară, medicină, chimie, biochimie și, de asemenea, în agricultură.

Cu ajutorul concentrației locale de substanțe într-un lichid, este posibil să se realizeze:

• desalinizarea și îmbunătățirea calității apelor naturale și tehnologice,

• lichide de curățare de impurități în suspensie,

• controlează activitatea soluțiilor fiziologice și farmacologice alimentare,

• controlul proceselor de creștere selectivă a microorganismelor (accelerarea sau inhibarea ratei de creștere și diviziune a bacteriilor, drojdiei),

• controlul proceselor de scurgere bacteriană a apelor uzate,

• anestezie magnetică.

Controlul proprietăților sistemelor coloidale, procesele de dizolvare și cristalizare este utilizat pentru:

• creșterea eficienței proceselor de îngroșare și filtrare,

• reducerea depunerilor de săruri, calcar și alte acumulări,

• îmbunătățirea creșterii plantelor, creșterea randamentului acestora, germinația.

Să notăm caracteristicile tratamentului magnetic al apei. 1. Tratamentul magnetic necesită curgerea obligatorie a apei cu o anumită viteză prin unul sau mai multe câmpuri magnetice.

2.Efectul magnetizării nu durează pentru totdeauna, ci dispare la ceva timp după terminarea câmpului magnetic, măsurat în ore sau zile.

3. Efectul tratamentului depinde de inducerea câmpului magnetic și a gradientului acestuia, de debit, de compoziția sistemului de apă și de timpul petrecut în câmp. Se observă că nu există o proporționalitate directă între efectul tratamentului și mărimea intensității câmpului magnetic. Înclinarea câmpului magnetic joacă un rol important. Acest lucru este de înțeles dacă avem în vedere că forța F care acționează asupra unei substanțe din partea unui câmp magnetic neuniform este determinată de expresia

unde x este susceptibilitatea magnetică pe unitatea de volum a substanței, H este intensitatea câmpului magnetic, A / m, dH / dx este gradientul de intensitate

De regulă, valorile inducției câmpului magnetic sunt în intervalul 0,2-1,0 T, iar gradientul este de 50,00-200,00 T / m.

Cele mai bune rezultate ale tratamentului magnetic se obțin la un debit de apă în câmp egal cu 1–3 m/s.

Se cunosc puține despre influența naturii și concentrației substanțelor dizolvate în apă. S-a constatat că efectul de magnetizare depinde de tipul și cantitatea de impurități de sare din apă.

Iată câteva proiecte de instalații pentru tratarea magnetică a sistemelor de apă cu magneți permanenți și electromagneți alimentați de curenți de diferite frecvențe.

În fig. 2.se prezintă schema unui dispozitiv de magnetizare a apei cu doi magneți permanenți cilindrici 3, Apa curge în golul 2 al circuitului magnetic format dintr-un miez feromagnetic gol 4 plasat într-o carcasă L Inducerea câmpului magnetic este de 0,5 T, gradientul este de 100,00 T / m Lățimea golului de 2 mm.

Orez. 2. Schema unui dispozitiv de magnetizare a apei

Orez. 3.Dispozitiv pentru tratarea magnetică a sistemelor de apă

Aparatele echipate cu electromagneți sunt utilizate pe scară largă. Un dispozitiv de acest tip este prezentat în fig. 3. Este format din mai mulți electromagneți 3 cu bobine 4 plasate într-un înveliș diamagnetic 1. Toate acestea sunt amplasate într-o țeavă de fier 2. Apa curge în golul dintre țeavă și corp, protejată de un capac diamagnetic. Puterea câmpului magnetic în acest interval este de 45.000-160.000 A/m. În alte versiuni ale acestui tip de aparate, electromagneții sunt plasați pe tub din exterior.

În toate dispozitivele luate în considerare, apa trece prin goluri relativ înguste, prin urmare este pre-curățată de suspensiile solide. În fig. 4 prezintă o diagramă a unui aparat de tip transformator. Este alcătuit dintr-un jug 1 cu bobine electromagnetice 2, între polii căruia este așezat un tub 3 din material diamagnetic. Aparatul este utilizat pentru tratarea apei sau a celulozei cu curent alternativ sau pulsatori de diferite frecvente.

Aici sunt descrise doar cele mai tipice modele de dispozitive care sunt utilizate cu succes în diverse domenii de producție.

Câmpurile magnetice afectează și dezvoltarea activității vitale a microorganismelor. Magnetobiologia este un domeniu științific în curs de dezvoltare care își găsește din ce în ce mai mult aplicații practice, inclusiv în procesele biotehnologice de producție a alimentelor. Este relevată influența câmpurilor magnetice constante, variabile și pulsatorii asupra reproducerii, proprietăților morfologice și culturale, metabolismului, activității enzimatice și a altor aspecte ale activității vitale a microorganismelor.

Efectul câmpurilor magnetice asupra microorganismelor, indiferent de parametrii lor fizici, duce la variabilitatea fenotipică a proprietăților morfologice, culturale și biochimice. La unele specii, ca urmare a tratamentului, se pot modifica compoziția chimică, structura antigenică, virulența, rezistența la antibiotice, fagi și radiații UV. Uneori câmpurile magnetice provoacă mutații directe, dar mai des afectează structurile genetice extracromozomiale.

Nu există o teorie general acceptată care să explice mecanismul câmpului magnetic pe celulă. Probabil, efectul biologic al câmpurilor magnetice asupra microorganismelor se bazează pe mecanismul general de influență indirectă prin factorul de mediu.